[发明专利]基于发射端TS/FS变结构补偿网络的恒压/恒流型无线充电系统

权利要求书

1.一种基于发射端TS/FS变结构补偿网络的恒压/恒流型无线充电系统，包括主电路部分和控制电路部分，其特征在于：所述主电路部分包括直流电源、高频逆变电路、发射端TS/FS变结构补偿网络、发射线圈、接收线圈、接收端串联补偿电路、整流电路、锂电池组，其中，高频逆变电路的输出端连接TS/FS变结构补偿网络的输入端，发射端TS/FS变结构补偿网络的输出端连接发射线圈，接收线圈连接串联补偿输入端，串联补偿输出端连接整流电路输入端，整流电路输出端连接锂电池组，所述发射端TS/FS变结构补偿网络由补偿电感L₁、补偿电感L₂、补偿电容C_1t、补偿电容C_1s、补偿电容C₂、补偿电容C_p、发射线圈、切换开关S₁、切换开关S₂构成，其中补偿电感L₁一次侧连接高频逆变器左桥臂，补偿电感L₁二次侧连接补偿电感L₂一次侧，补偿电容C_1t一次侧连接补偿电感L₁二次侧，补偿电容C_1t二次侧连接发射线圈L_p二次侧，切换开关S₁一次侧连接补偿电感L₁二次侧，切换开关S₁二次侧连接补偿电容C_1s一次侧，补偿电容C_1s二次侧连接发射线圈L_p二次侧，补偿电感L₂二次侧连接切换开关S₂一次侧，切换开关S₂二次侧连接补偿电容C₂一次侧，补偿电容C₂二次侧连接发射线圈L_p二次侧，补偿电容C_p一次侧连接补偿电感L₂二次侧，补偿电容C_p二次侧连接发射线圈L_p一次侧，发射线圈L_p二次侧连接高频逆变器右桥臂高频逆变电路的输入端连接直流电源，所述控制电路包括电流传感器、电压传感器、调理电路、A/D转换电路、FPGA控制器、电平转换电路、继电器驱动电路、开关管驱动电路，其中，调理电路输入端分别连接电流传感器和电压传感器，调理电路输出端连接A/D转换电路，A/D转换电路连接FPGA控制器，FPGA控制器分别连接电平转换电路和开关管驱动电路，电平转换电路连接继电器驱动电路，开关管驱动电路连接高频逆变器的四个开关管，所述控制电路中关于控制开关S₁、S₂切换准则，根据如下步骤推导该无线充电系统从恒流充电模态切换为恒压充电模态的判断条件：

步骤一，根据发射线圈和接受线圈的耦合关系以及整流桥输入电压和输出电压关系构建充电电压和发射线圈电流表达式：

其中，i_p为发射线圈电流，U_B为系统输出充电电压，M为发射线圈与接收线圈之间的互感，当线圈之间的间距固定时，互感可通过常规互感测量方法获取，f为系统工作频率；

步骤二，将锂电池阈值电压U_BAT代入上述表达式求出系统充电模态转换对应的发射线圈基准电流：

其中，I_p为发射线圈基准电流，U_BAT为锂电池阈值电压，可根据锂电池属性获取，M为发射线圈与接收线圈之间的互感，当线圈之间的间距固定时，互感可通过常规互感测量方法获取，f为系统工作频率；

步骤三，将发射线圈电流i_p和I_p相比较，得到无线充电系统从恒流充电模态切换为恒压充电模态的判断条件：

i_p≥I_p；

其中，i_p为发射线圈电流，I_p为发射线圈基准电流，当发射线圈电流i_p小于发射线圈基准电流I_p时，切换开关S₁、S₂处于闭合状态，当发射线圈电流i_p大于或等于发射线圈基准电流I_p时，切换开关S₁、S₂处于断开状态。